日期:2012-11-09 14:59
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經(jīng)過40多年的發(fā)展，已使有限元方法形態(tài)相當豐富，理論相當完善。以現(xiàn)代力學(xué)為基礎(chǔ)、以計算機仿真為手段、以優(yōu)化為目的、以有限元分析為核心的CAE現(xiàn)代工程技術(shù)得到迅速發(fā)展，在新產(chǎn)品的研制過程中，它不僅降低產(chǎn)品的研制成本、提高產(chǎn)品設(shè)計的可靠度，而且可以利用計算機仿真技術(shù)，運用物理模型和數(shù)學(xué)模型代替實際系統(tǒng)進行實驗和研究，在新產(chǎn)品的設(shè)計階段就可以實現(xiàn)對其性能的預(yù)測，從而大幅度的縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。目前，高級的CAE通用和專用的有限元分析軟件有NASTRAN、ANSYS、MSCMARC、ABAQUS和ALGOR等。
問題描述40MPa高壓空氣壓縮機末級冷卻器為管殼式結(jié)構(gòu)，氣走管程，水走殼程。冷卻管選用BFe30-1-1銅管，規(guī)格為<16×415.冷卻管內(nèi)壁溫度為130℃，冷卻管外壁溫度為80℃。冷卻管的設(shè)計壓力為40MPa（G），液壓強度試驗壓力為60MPa（G）。銅管材料的彈性模量E為11471×105MPa，材料的泊松比為01286，材料的熱導(dǎo)率為010294W/（mm℃），熱膨脹系數(shù)為-1612×10-61/℃，參考溫度為20℃。問題是采用有限元分析方法分別從溫度載荷、工作載荷以及溫度和工作載荷耦合等不同狀態(tài)，對高壓冷卻管設(shè)計進行強度校核。
有限元模型的建立高壓冷卻管有限元模型的建立需要完成以下主要內(nèi)容：設(shè)置工作目錄、指定作業(yè)名稱和分析標題高壓冷卻管的熱應(yīng)力分析；定義圖形界面過濾參數(shù)，選擇熱力學(xué)（Thermal），完成分析范疇的指定；在單位的選擇方面，只要保證輸入所有數(shù)據(jù)的單位都是目前使用的同一套單位制里的單位就可以；定義單元類型，選擇實體（Solid）中的6節(jié)點三角形二維實體單元，即Plane35單元，設(shè)定選項（Plane35單元Options）中K3為平面問題（Plane）；定義材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)KXX=010294；建立冷卻管橫截面幾何模型，其中外半徑8、內(nèi)半徑315，并利用MeshTool進行網(wǎng)格劃分，其中將單元總體（Global）邊長設(shè)置為014.高壓冷卻管有限元模型如所示。
冷卻管只承受內(nèi)壓時的結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析為了便于分析氣體力、溫差載荷對冷卻管的影響，下面列出冷卻管僅承受氣體力時應(yīng)力分布圖，其中最高工作壓力狀態(tài)的分析結(jié)果如和所示；60MPa液壓強度試驗狀態(tài)分析結(jié)果如和0所示。
目前各種通用和專用的有限元分析軟件，以其獨特的功能，給工程技術(shù)人員提供了友好的操作平臺，有限單元法的整個分析過程，如結(jié)構(gòu)的離散化、單元分析、整體分析等完全包含在分析軟件中，操作者只要順利完成分析問題的建模、加載等關(guān)鍵過程，就可以相對容易的求得自己需要的結(jié)果。在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的受力分析中，特別在結(jié)構(gòu)的各種動態(tài)響應(yīng)分析中，有限元分析軟件的應(yīng)用顯得更為便捷。
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2012-11-09 15:05
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